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Calcular la integral trigonométrica $\int\sec\left(x\right)^3dx$

Solución Paso a paso

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Respuesta Final

$\frac{1}{2}\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\frac{1}{2}\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)+C_0$
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Solución explicada paso por paso

Especifica el método de resolución

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Reescribir $\sec\left(x\right)^3$ como el producto de dos secantes

$\int\sec\left(x\right)^2\sec\left(x\right)dx$
2

Podemos resolver la integral $\int\sec\left(x\right)^2\sec\left(x\right)dx$ aplicando el método de integración por partes para calcular la integral del producto de dos funciones, mediante la siguiente fórmula

$\displaystyle\int u\cdot dv=u\cdot v-\int v \cdot du$
3

Primero, identificamos $u$ y calculamos $du$

$\begin{matrix}\displaystyle{u=\sec\left(x\right)}\\ \displaystyle{du=\sec\left(x\right)\tan\left(x\right)dx}\end{matrix}$
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Luego, identificamos $dv$ y calculamos $v$

$\begin{matrix}\displaystyle{dv=\sec\left(x\right)^2dx}\\ \displaystyle{\int dv=\int \sec\left(x\right)^2dx}\end{matrix}$
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Calcular la integral

$v=\int\sec\left(x\right)^2dx$
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La integral de $\sec(x)^2$ es $\tan(x)$

$\tan\left(x\right)$
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Con los valores obtenidos, sustituimos $u$, $du$ y $v$ en la fórmula general

$\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)-\int\tan\left(x\right)^2\sec\left(x\right)dx$
8

Podemos identificar que la integral es de la forma $\int\tan^m(x)\sec^n(x)dx$. Si la potencia $n$ es impar y $m$ es par, entonces debemos expresar todas las funciones en términos de secantes, expandir e integrar por separado

$\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)-\int\left(\sec\left(x\right)^2-1\right)\sec\left(x\right)dx$
9

Multiplicar el término $\sec\left(x\right)$ por cada término del polinomio $\left(\sec\left(x\right)^2-1\right)$

$\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)-\int\left(\sec\left(x\right)^{3}-\sec\left(x\right)\right)dx$
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Expandir la integral $\int\left(\sec\left(x\right)^{3}-\sec\left(x\right)\right)dx$ en $2$ integrales usando la regla de la integral de una suma de funciones, para luego resolver cada integral por separado

$\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)-\int\sec\left(x\right)^{3}dx-\int-\sec\left(x\right)dx$
11

La integral $-\int\sec\left(x\right)^{3}dx-\int-\sec\left(x\right)dx$ da como resultado: $-\int\sec\left(x\right)^{3}dx+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)$

$-\int\sec\left(x\right)^{3}dx+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)$
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Cuando al integrar por partes nos vuelve a aparecer la integral que estamos calculando (se formó un ciclo), ésta se resuelve como una ecuación. Entonces lo que hacemos es pasar la integral repetida al lado izquierdo de la ecuación, con signo contrario

$\int\sec\left(x\right)^{3}dx=\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)-\int\sec\left(x\right)^{3}dx$
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Pasar la integral cíclica al lado izquierdo de la ecuación

$\int\sec\left(x\right)^{3}dx+\int\sec\left(x\right)^{3}dx=\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)$
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Sumando las integrales

$2\int\sec\left(x\right)^{3}dx=\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)$
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Movemos la parte constante $2$ dividiendo al otro miembro de la ecuación

$\int\sec\left(x\right)^{3}dx=\frac{1}{2}\left(\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)\right)$
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La integral nos da como resultado

$\frac{1}{2}\left(\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)\right)$
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Después de juntar los resultados de todas las integrales individuales, obtenemos

$\frac{1}{2}\left(\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)\right)$
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Como la integral que estamos resolviendo es una integral indefinida, al terminar de integrar debemos añadir la constante de integración $C$

$\frac{1}{2}\left(\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)\right)+C_0$
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Expandir y simplificar

$\frac{1}{2}\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\frac{1}{2}\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)+C_0$

Respuesta Final

$\frac{1}{2}\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\frac{1}{2}\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)+C_0$

Explora distintas formas de resolver este problema

Resolver un ejercicio matemático utilizando diferentes métodos es importante porque mejora la comprensión, fomenta el pensamiento crítico, permite múltiples soluciones y desarrolla distintas estrategias de resolución de problemas. Leer más

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Gráfico de la Función

Gráfico de: $\frac{1}{2}\tan\left(x\right)\sec\left(x\right)+\frac{1}{2}\ln\left(\sec\left(x\right)+\tan\left(x\right)\right)+C_0$

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Tema Principal: Integrales Trigonométricas

Son aquellas integrales que contienen funciones trigonométricas y sus potencias. Para su mejor comprensión y resolución, se han separado en diferentes casos.

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